圣诞灯控制器的制作图解

步骤1：先决条件

好吧，因为是我，我确保您对普通凡人都难以理解这条指令……只是在开玩笑：p。但是实际上可能很难，因为所有这些都是为了与Linux操作系统（特别是Ubuntu）一起使用而设计的，并且大多数人使用Windows或Mac。从理论上讲，可以对主要软件进行修改，以支持这两个平台，但是我不会这样做，因为它已经对我有用，并且由于我免费提供了该软件，因此请选择或保留它。

但是，除了所有这些，您可能还需要：-具有Linux的计算机，最好是运行Ubuntu的笔记本电脑

-计算机必须同时安装python 2.x（而非3.x）以及pygame和python-serial（可以通过在终端中输入“ sudo apt-get install pygame python-serial”来获得）

-Arduino微控制器，在我的情况下，这是Arduino Mega 2560

-带有灯光的圣诞树上的

-电子学和基本焊接技能

-焊接设备

-可使用列出的零件

-许多鳄鱼夹（我知道它不是专业的，但我知道电的工作原理从理论上讲，我进行了很多测试，以确保这对于我所运行的特定条件而言是安全的）。

-我现在想不起来的几件事：p

第2步：详细材料

好，因此，如果您想具体说明硬件方面所需的内容，请参见以下列表：

-arduino，可以是我使用了Mega

-A电缆将arduino与计算机连接。-关于（或确切地说）15个鳄鱼夹

-5继电器能够在120伏电压下切换至少0.5安培的负载，但可以由12伏或更低电压供电

-5 2N3904 NPN开关晶体管

-5 4.7K欧姆电阻器

-A 9至12伏壁式适配器，您可以修改

-A电源线旧设备或其他东西

-足够大的Perfboard，可以在其上构建电路，或者如果您真的想要，则为面包板

-用电线连接所有必需的连接

步骤3：理论

因为我是我，所以我在理论上做了很多工作，甚至没有尝试为此项目构建或编程任何东西。我确实使用了万用表来找出通过一串普通的灯流了多少电流，并发现地雷消耗的电流约为0.4安培，请记住，您的测量结果可能有所不同。我的继电器在230伏时的额定电流为3安，因此我认为它们可以在120伏时轻松达到0.4安。经验法则：使继电器的额定承受的电流至少是打算通过它们的电流的两倍，这也应该与大多数其他组件保持一致。线圈的电阻平均为690欧姆。然后，我对2N3904晶体管进行了研究。我发现，基极可以在最大信号电流为50 mA的情况下进行开关，而发射极-集电极的电流将在最大200 mA的条件下工作。物理救援！我的晶体管信号是来自arduino的5伏，电流*欧姆=伏，因此可以换算成欧姆=伏/电流。这意味着我需要至少100欧姆才能在5伏电压下切换0.05安培的电流，但是更高的欧姆意味着更少的电流，直到确定的时间点还是可以的。我使用了一个4.7k欧姆的电阻器，因为这是我所需要的全部，并且它仍然提供了足够的电流来开关晶体管。

为确保晶体管可以处理继电器的开关，我采用了类似的逻辑。我将使用9伏特来切换继电器（即使它们的额定电压为12伏特，我的仍然可以在9伏特时切换），并且我必须确保流经晶体管的电流不会超过200 mA 。因此，在电流*欧姆=伏特的情况下，我将其重写为电流=伏特/欧姆。因此9伏特/690欧姆= 0.013安培或13 mA，恰好在安全区内。

然后，查看电路在任何一次可能处理的最大电流，我得到的电流值为0.4安培。一串灯，然后将其乘以5，以获得可以随时打开的通道数，以获得2安培的值，这有点低。但是，所有这些计算只是为了确保一切都在理论上起作用，并且不会有任何起火或被炸。..想象一下规划飞机建造将人们带到月球的理论：p

第4步：电路和原型

因此，请确保每件事物都能在实际环境中工作在生活中，我只在一个很小的面包板上建立了电路的一个通道。还给出了电路原理图，没什么特别的，每个通道只有一个晶体管，一个电阻和一个继电器。..非常便宜和简单。

第5步：测试原型

由于理论和电路设计不可行，因此我决定该进行实际测试了。因此，我仅将9伏电源连接到电路，将灯连接到墙上的插座，但以某种方式将继电器连接，使其像中断开关一样工作。然后，我使用信号引脚40将arduino连接起来，然后将arduino的地线与电路的地线连接起来，以便信号实际上会记录在开关电路中。我将arduino连接到了我的Ubuntu笔记本电脑，并运行了一个简单的小闪烁代码来打开和关闭灯。我使用了这个蒸汽朋克笼式灯，因为它也吸了0.4安培的电流，因此与圣诞灯的负载相等。该代码还显示了插针13上内置LED上的信号状态，并显示了以下内容：

void setup（）{

pinMode（13，OUTPUT）;

pinMode（40，OUTPUT）; }

void loop（）{

digitalWrite（13，1）;

digitalWrite（40，1）;

delay（1000）;

digitalWrite（13，0）;

digitalWrite（40，0）;

delay（2000）;

您可以看到，非常简单的概念验证测试代码，它将继电器打开一秒钟，然后关闭两秒钟。我附了一段视频，对测试进行了演示。那里的开关很安全，但是继电器绕过它打开和关闭灯。

步骤6：开始施工

因此，我认为我应该以一种使桥接和填充最少的方式最容易构建的方式，将组件布置在穿孔板上。因此，这只是我如何排列组件的图片，非常紧凑。

步骤7：焊接时间

好，既然组件已经布置好，我就可以开始焊接并使设计永久化。是的，在将它们焊接在一起之前，我确实测试了我使用的所有组件。这里没有太多要讨论的内容，但是我确实有一个非常方便的帮助站（请注意双关语：p），如果您进行焊接项目并且还没有焊接项目，我建议您购买一个。第二张照片也太暗了，因为我在晚上焊接，但是在外面，因为我的父母不太喜欢我在房间里吸烟：p

步骤8 ：成品电路

因此，在进行一些焊接之后，这里出现了成品电路。看起来不是很完美（尤其是没有角：p的情况下），但是它可以工作并且所有连接都在那里。如您所见，在底部，我使用了拉直的回形针和小块的回形针来连接120伏特部分。我认为回形针很粗且坚固，足以承受约2安培或更高的电流，但是，伙计，它们难于焊接或其他什么问题：p另外，我还使用了从组件上剪下的引线来进行零件之间的其他连接，因为我更喜欢用焊料拖出一条路，因为它浪费很多，而且看起来不太好。构建完之后，我分别测试了每个通道，以确保所有5个通道都正常工作，尤其是自从我上次尝试焊接晶体管以来，它们并没有真正讲述这个故事：p但是幸运的是，所有通道都可以工作，我没有不需要进一步修改或更换组件。

步骤9：使其坚固

《我注意到一些区域正在旋转，这不是您想要的，因为焊点可能会破裂或引线会折断。幸运的是，我认为用热胶覆盖易碎区域是一种很好的做法，尤其是在我刚开始的焊料项目容易破损之后。因此，我只是借用了姐姐的粉红色（或紫色？）热胶枪，并在几乎整个底部表面添加了热胶，特别注意了那些不应该移动的区域。我只需要确保不覆盖接触线，否则我将无法连接电路的各个部分：p

步骤10：完成工作

所以我使用15个左右的鳄鱼夹为整个电路布线。另外，由于所有的东西都在我的房间里，所以我决定将它实际上塞进一个盒子里，以使其在我的房间和客厅之间更便于携带。我必须确保任何地方都没有多余的接触点或短路，因为这可能会引起火灾或烧毁我的arduino和/或笔记本电脑。然后将其连接到圣诞灯，如第二张图片所示，我以怪异的方式排列它们，以便与中性线有一个连续的连接，而每串灯都可以有单独的“热”连接，因此可以触发分别。黑色鳄鱼夹是常见的连接，其他颜色是单独触发的单独连接。我只有3串灯，所以我无法使用所有5个通道，但这足以测试电路和为此编写的软件。

步骤11：软件

该软件实际上是该项目的主要重点。它是由K-Labs软件开发部门（即我）开发的。与设计和构建硬件相比，我可能花费更多的时间来编写和完善控制器程序。由于该项目的启动有些晚（这就是为什么您不应该在截止日期前几天进行项目的原因），所以我只是在12月21日（圣诞节前夕）的3天才开始编程。我花了整整两天的时间进行编程，花了半天的时间调试和完善代码，但是仍然可能有一个错误使我无法进行检测（发生在您是程序员以及alpha和beta测试人员的情况下）。另外，不幸的是，对于许多人来说，该程序是为Ubuntu Linux设计的。我真的没有花任何时间在其他平台上开发该程序，因为我使用的任何计算机上都装有Ubuntu，但是从理论上讲，只需很少的调整即可使其在其他平台上运行。此外，该程序还被设计为具有与Audacity相似的界面，相似的配色方案和时序序列。

要使该程序正常工作，您需要安装python，最可能的是python 2.7，因为这就是我编写程序时使用的方式。另外，您还需要两个额外的python软件包，一个用于图形界面，一个用于与arduino进行串行通信。要安装这些软件包，只需打开终端并输入“ sudo apt-get install python-serial pygame -y”，但不带引号。然后，在安装了这两个软件包之后，该程序应该可以工作。要运行它，您不能简单地双击它，因为它将在没有root特权的情况下打开，并且串行通信需要root许可。因此，只需打开终端，使用cd命令导航到目录，然后键入“ sudo python xmascontr.py”，程序将打开。但是，在打开程序之前，请确保已连接arduino，否则它将无法正常工作，因为该程序仅在启动时检查arduino。

要知道它是否准备就绪，可以使用它。右上角，在我的图片中，您会看到一个绿色的圆圈。这是指示灯，绿色表示可以使用。如果出现红色圆圈，则意味着它找不到正确的端口，或者arduino已断开连接。如果出现红色圆圈并且arduino已连接，则需要在文本编辑器中打开程序，并在所有注释行之后将变量更改为arduino的路径，在我的情况下，我一直尝试使用的任何Ubuntu计算机将我的arduino设置为/dev/ttyACM0，所以我将其保留为端口。要找到您的arduino所在的端口，请使用arduino IDE查找它，或者将其插入并在终端中键入“ dmesg | tail”，然后尝试在其中找到路径。现在，如果在打开程序时出现黄色圆圈，则表示它检测到了arduino，但没有足够的权限与之通信，这就是为什么我们必须使用sudo命令将其打开的原因，因此您需要知道管理员密码。

一旦您使程序启动时带有绿色圆圈，就该生成序列了。我尽可能地简化了它，您所要做的就是在要打开灯的位置按住鼠标左键，然后将其拖动到要关闭灯的位置。图片中蓝色的正方形是打开部分所在的位置。要删除蓝色部分之一，只需右键单击它，它就会消失。滚动将水平移动序列以添加更多内容，或者，如果在拖动部分时单击右边缘，它将为您自动滚动。使用Home和End键可以跳到整个序列的开始或结尾。鼠标光标后会出现一个小对话框，告诉您鼠标什么时候指向，但仅在它位于5条音轨之一中时，而不是在顶部菜单部分中。

播放按钮将开始播放曲目，但是如果圆圈不是绿色，则不会写下任何内容。暂停按钮没有任何作用。..。停止按钮将停止播放曲目。保存按钮会将您的序列保存到当前活动目录下的文件中，名称为“ xmaslite.xmas”，但要警告它会覆盖已经存在的xmaslite.xmas文件。打开按钮将打开找到的xmaslite.xmas文件，但如果您尝试打开损坏或错误的xmaslite.xmas文件，它将删除当前序列并打印“错误的xmaslite.xmas文件”。重置按钮只是将序列重置为空，因此您可以重新开始。调试按钮并不是很重要，但是如果您单击它，它将在终端中显示序列，它就在那儿，因为我用它来解决这个怪异的故障，但是如果您也遇到问题，它可能会很有用。

我已经附加了一个测试xmaslite.xmas文件，因此您可以测试该程序，只需将其添加到同一目录中，按打开，您应该会在屏幕上看到一些蓝色方块。

我已经添加了一个xmaslights.ino文件。这是一个arduino文件，如果要arduino执行顺控程序发出的命令，则必须将其上传到arduino。该文件经过编程，可让您的arduino在引脚40、41、42、43、44上输出开/关信号，作为每个通道的5个引脚。

总之，不少于200个2.5天内编写的总代码行数。像往常一样，我允许任何人使用和修改该软件，但是如果要重新分发原始程序，则必须归功于我。